Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Когерер для металлических опилок, разработанный Гульельмо Маркони .

Когерер была примитивной формой сигнала радио детектора , используемым в первых радиоприемниках во время беспроводной телеграфии эры в начале 20 - го века. Его использование в радио было основано на открытиях 1890 года французского физика Эдуарда Бранли и адаптировано другими физиками и изобретателями в течение следующих десяти лет. Устройство состоит из трубки или капсулы, содержащей два электрода, расположенных на небольшом расстоянии друг от друга, с металлическими опилками в промежутке между ними. Когда на устройство подается радиочастотный сигнал, металлические частицы будут слипаться или « сцепляться », снижая начальный максимум.сопротивление устройства, что позволяет протекать через него гораздо большему постоянному току. В приемнике ток активирует звонок или магнитофон с бумажной лентой Морзе, чтобы сделать запись принятого сигнала. Металлические опилки в когерере оставались проводящими после окончания сигнала (импульса), так что когерер приходилось «декогерировать», постукивая по нему хлопушкой, приводимой в действие электромагнитом, каждый раз, когда принимался сигнал, тем самым восстанавливая когерер до его исходного состояния. государственный. Когереры широко использовались примерно до 1907 года, когда их заменили более чувствительные электролитические и кристаллические детекторы .

История [ править ]

Поведение частиц или металлических опилок в присутствии электричества или электрических искр было замечено во многих экспериментах задолго до работы Эдуарда Бранли 1890 года и даже до того, как появилось доказательство теории электромагнетизма . [1] В 1835 году шведский ученый Питер Самуэль Мунк [2] заметил изменение сопротивления в смеси металлических опилок при наличии искрового разряда из лейденской банки. [3] В 1850 году Пьер Гитар обнаружил, что когда запыленный воздух наэлектризован, частицы будут собираться в виде ниток. Идея о том, что частицы могут реагировать на электричество, была использована английским инженером Сэмюэлем Альфредом Варли в 1866 году молниеносного моста., молниеотвод, прикрепленный к телеграфным линиям, состоящий из куска дерева с двумя металлическими штырями, заходящими в камеру. Пространство было заполнено порошкообразным углеродом, который не пропускал телеграфные сигналы низкого напряжения, но проводил и заземлял удар молнии высокого напряжения. [4] В 1879 году валлийский ученый Дэвид Эдвард Хьюз обнаружил, что неплотные контакты между угольным стержнем и двумя угольными блоками, а также металлические гранулы в разрабатываемом им микрофоне реагируют на искры, генерируемые в соседнем устройстве. [3] Temistocle Calzecchi-Onesti в Италии начал изучение аномального изменения сопротивления тонких металлических пленок и металлических частиц в Fermo /Монтеруббьяно . Он обнаружил, что медные опилки между двумя латунными пластинами будут слипаться, становясь проводящими, когда он прикладывает к ним напряжение. Он также обнаружил, что другие типы металлических опилок будут иметь такую ​​же реакцию на электрические искры, возникающие на расстоянии, - явление, которое, по его мнению, можно было бы использовать для обнаружения ударов молнии. [4] Статьи Кальцекки-Онешти были опубликованы в Il Nuovo Cimento в 1884, 1885 и 1886 годах.

Трубка электрической цепи Бранли, заполненная железными опилками (позже названная «когерером»)

В 1890 году французский физик Эдуард Бранли опубликовал во французском журнале « Об изменениях сопротивления тел в различных электрических условиях», в котором описал свое тщательное исследование влияния мельчайших электрических зарядов на металл и многие типы металлических опилок. В схемах одного типа опилки помещались в трубку из стекла или эбонита, удерживаемую между двумя металлическими пластинами. При возникновении электрического разряда вблизи цепи на прилагаемом гальванометре наблюдалось большое отклонение.иголка. Он отметил, что опилки в трубке будут реагировать на электрический разряд, даже если трубку поместили в другую комнату на расстоянии 20 ярдов. Бранли разработал множество типов этих устройств, основанных на «несовершенных» металлических контактах. Трубка для документов Бранли была обнаружена в 1892 году в Великобритании, когда она была описана доктором Доусоном Тернером на собрании Британской ассоциации в Эдинбурге. [5] [6] Шотландский инженер-электрик и астроном Джордж Форбс предположил, что трубка для опилок Бранли могла реагировать на присутствие волн Герца, типа переносимого по воздуху электромагнитного излучения, существование которого было доказано немецким физиком Генрихом Герцем (позже названное радиоволнами) ).

Когерер-приемник Маркони 1896 года в Оксфордском музее истории науки , Великобритания. Справа находится когерер, за ним - механизм декогерера. Реле находится в цилиндрическом металлическом контейнере (в центре) для защиты когерера от радиочастотных помех от его контактов.

В 1893 году физик В. Б. Крофт представил эксперименты Бранли на собрании Физического общества в Лондоне. Крофту и другим было неясно, реагируют ли опилки в трубке Бранли на искры или свет от искр. Джордж Минчин заметил, что трубка Бранли может реагировать на волны Герца так же, как его солнечная батарея, и написал статью « Действие электромагнитного излучения на пленки, содержащие металлические порошки ». [5] [6] Эти статьи были прочитаны английским физиком Оливером Лоджем.которые видели в этом способ создать значительно улучшенный детектор волн Герца. 1 июня 1894 года, через несколько месяцев после смерти Генриха Герца, Оливер Лодж прочитал мемориальную лекцию о Герце, где продемонстрировал свойства «волн Герца» (радио), в том числе передачу их на короткое расстояние, используя улучшенную версию Трубка для опилок Бранли, которую Лодж назвал «когерером», в качестве детектора. В мае 1895 года, прочитав о демонстрациях Лоджа, русский физик Александр Попов построил детектор молний на основе "волны Герца" (радиоволны), используя когерер. В том же году итальянский изобретатель Гульельмо Маркони продемонстрировал систему беспроводной телеграфии, использующую волны Герца (радио), на основе когерера.

Когерер был заменен в приемниках более простыми и чувствительными электролитическими и кристаллическими детекторами примерно в 1907 году и стал устаревшим.

Одно из незначительных применений когерера в наше время было сделано японским производителем игрушек из белой жести Matsudaya Toy Co., который с 1957 года использовал передатчик с искровым разрядником и приемник на основе когерера в ряде радиоуправляемых (RC) игрушек, названных Radicon ( сокращение от Radio-Controlled) игрушки. Было продано несколько различных типов, использующих одну и ту же систему дистанционного управления, в том числе Radicon Boat (очень редко), Radicon Oldsmobile Car (редко) и Radicon Bus (самый популярный). [7] [8]

Операция [ править ]

Схема приемника-когерера, записывающего полученный код на бумажный магнитофон Морзе.

В отличие от современных AM радиостанций , которые передают непрерывную радиочастоту, амплитуда которого (питание) модулируется с помощью звукового сигнала, первые радиопередатчики передаваемой информации с помощью беспроводной телеграфии ( радиотелеграфии ), передатчик был включен и выключен ( включено-выключено манипуляция ) для формирования импульсов немодулированной несущей волны различной длины , «точек» и «тире», которые записывают текстовые сообщения азбукой Морзе . В результате ранние радиоприемные устройства должны были просто определять наличие или отсутствие радиосигнала, а не преобразовывать его в аудио. Устройство, которое это сделало, называлось детектором.. Когерер был наиболее успешным из многих детекторных устройств, которые были опробованы на заре развития радио.

Работа когерера основана на явлении электрического контактного сопротивления . В частности, поскольку металлические частицы сцепляются (слипаются), они гораздо лучше проводят электричество после воздействия электричества на радиочастоте . Радиосигнал от антенны подавался непосредственно на электроды когерера. Когда входил радиосигнал от «точки» или «тире», когерер становился проводящим. Электроды когерера также были присоединены к цепи постоянного тока, питаемой от батареи, которая создавала звук «щелчка» в наушниках или эхолоте телеграфа или отметку на бумажной ленте для записи сигнала. К сожалению, снижение электрического сопротивления когерерасохраняется после удаления радиосигнала. Это было проблемой, потому что когерер должен был быть готов немедленно получить следующую «точку» или «тире». Поэтому был добавлен механизм декогерера , чтобы задействовать когерер, механически возмущая частицы, чтобы вернуть его в состояние с высоким сопротивлением.

Когерентность частиц с помощью радиоволн - непонятное явление, которое не совсем понятно даже сегодня. Недавние эксперименты с когерерами частиц, похоже, подтвердили гипотезу о том, что частицы объединяются в результате явления микросварки, вызванного радиочастотным электричеством, протекающим через небольшую площадь контакта между частицами. [9] [10] Основной принцип так называемые «несовершенный контактные» когереры также недостаточно хорошо изучен, но может включать в себя вид туннелирования из носителей заряда через несовершенное соединение между проводниками.

Заявление [ править ]

Когерер, разработанный Маркони, состоял из металлических опилок (точек), заключенных между двумя наклонными электродами (черными) на расстоянии нескольких миллиметров друг от друга, подключенных к клеммам.

Когерер, используемый в практических приемниках, представлял собой стеклянную трубку, иногда откачанную , которая примерно наполовину была заполнена остро вырезанными металлическими опилками, часто частично из серебра и частично из никеля . Серебряные электроды контактировали с металлическими частицами на обоих концах. В некоторых когерерах электроды были наклонены, так что ширину зазора, занятого опилками, можно было изменять, вращая трубку вокруг ее длинной оси, таким образом регулируя ее чувствительность к преобладающим условиям.

В процессе работы когерер включен в две отдельные электрические цепи. Один из них - это цепь антенны и заземления, показанная на схеме ненастроенного приемника ниже. Другой является цепью реле батареи эхолота включая батареи B1 и реле R на диаграмме. Радиосигнал от схемы антенны наземной «включает» когерер, что позволяет протекание тока в цепи батареи эхолота, активирующий эхолот, S . Катушки L действуют как ВЧ- дроссели, чтобы предотвратить утечку мощности ВЧ-сигнала через цепь реле.

Схема радиоприемника, использующая детектор когерера (C) . «Отводчик» (декогерер) не показан.

Один электрод A когерера ( C на левой схеме) подключен к антенне, а другой электрод B - к земле . Сочетание серии из батареи , B1 , и реле, R , также прикреплены к двум электродам. Когда принимается сигнал от передатчика искрового разрядника , опилки имеют тенденцию цепляться друг за друга, уменьшая сопротивление когерера. Когда когерер проводит лучше, батарея B1 подает через когерер достаточно тока для активации реле R , которое соединяет батарею B2 стелеграфный эхолот S , давая слышимый щелчок. В некоторых приложениях пара наушников заменяла эхолот телеграфа, будучи гораздо более чувствительным к слабым сигналам, или записывающее устройство Морзе, которое записывало точки и штрихи сигнала на бумажную ленту.

Когерер с управляемым электромагнитом "ответвителем" (декогерером), построенный ранним исследователем радио Эмилем Гуарини около 1904 года.

Проблема того, что опилки продолжали слипаться и проводиться после удаления сигнала, была решена путем постукивания или встряхивания когерера после прихода каждого сигнала, встряхивания опилок и повышения сопротивления когерера до исходного значения. Этот аппарат получил название декогерера . Этот процесс назывался «декогерентностью» устройства и претерпел множество нововведений за время существования популярного использования этого компонента. Тесла , например, изобрел когерер, в котором трубка непрерывно вращалась вдоль своей оси.

В более поздних практических приемниках декогерер представлял собой колотушку, подобную электрическому звонку, управляемую электромагнитом, питаемым от самого тока когерера. Когда радиоволна включала когерер, постоянный ток от батареи протекал через электромагнит, оттягивая руку, чтобы коснуться когерера. Это вернуло когерер в непроводящее состояние, отключив ток электромагнита, и плечо отскочило назад. Если бы радиосигнал все еще присутствовал, когерер немедленно включился бы снова, потянув за колотушку еще раз, чтобы снова его выключить. Результатом было постоянное «дрожание» хлопушки в течение всего периода, когда был включен радиосигнал, во время «точек» и «тире» сигнала кода Морзе.

Автоматическая тормозная система для железнодорожных локомотивов, запатентованы в 1907 году, использовала когерер для обнаружения электрических колебаний в непрерывном воздушном , проходящем вдоль дорожки. Если блок перед поездом был занят, колебания прерывались, и когерер, действуя через реле, выдавал предупреждение и тормозил. [11]

Несовершенный когерер соединения [ править ]

Есть несколько вариантов так называемого когерера несовершенного перехода. Принцип работы (микросварка), предложенный выше для когерера опилок, может быть менее применим к этому типу, потому что нет необходимости в декогерентификации. Вариант этого устройства из железа и ртути был использован Маркони для первого трансатлантического радиосообщения. Более ранняя форма была изобретена Джагдишем Чандрой Бозом в 1899 году. [12] Устройство состояло из небольшой металлической чашки, содержащей лужу ртути, покрытую очень тонкой изолирующей пленкой масла ; над поверхностью масла небольшой утюгдиск приостановлен. С помощью регулировочного винта нижний край диска соприкасается с покрытой маслом ртутью с давлением, достаточно небольшим, чтобы не проколоть масляную пленку. Принцип его действия не совсем понятен. Действие обнаружения происходит, когда радиочастотный сигнал каким-то образом разрушает изолирующую масляную пленку, позволяя устройству работать, управляя приемным звуковым сигналом, подключенным последовательно. Эта форма когерера самовосстанавливается и не требует декогерентизации.

В 1899 году Боз объявил о разработке « когерера железо-ртуть-железо с телефонным детектором » в докладе, представленном в Королевском обществе в Лондоне. [13] Он также позже получил патент США 755 840 « Детектор электрических помех » (1904 г.) на конкретный электромагнитный приемник.

Антикохерер [ править ]

Ограничения когереров [ править ]

Поскольку они являются детекторами порогового напряжения, когерерам было трудно отличить импульсные сигналы передатчиков с искровым разрядником от других импульсных электрических шумов: [14]

Это устройство [когерер] было разрекламировано как замечательное, удивительно неустойчивое и плохое. Он не работал, когда должен, и работал сверхурочно, когда не должен был.

-  Роберт Марриотт

Все это была рыба, которая попадала в сеть когерера, и самописец совершенно беспристрастно записывал комбинации точек и тире для достоверных сигналов, статических помех, скольжения тележки в нескольких кварталах от него и даже включения и выключения света в здании. Перевод ленты часто требовал гениальной фантазии

-  Гринлиф Уиттиер Пикард

Когереры также были привередливы в настройке и не очень чувствительны. Другая проблема заключалась в том, что из-за громоздкого механического механизма «декогерентизации» когерер был ограничен скоростью приема 12-15 слов в минуту кода Морзе, в то время как телеграфные операторы могли передавать со скоростью 50 слов в минуту, а машины с бумажной лентой - с 100 слов в минуту. [15] [16]

Что еще более важно для будущего, когерер не мог обнаруживать передачи AM (радио). Как простой переключатель , который зарегистрировал наличие или отсутствие радиоволн, Когерер может обнаружить включения-выключения манипуляция из беспроводных телеграфных передатчиков, но он не может исправить , ни демодулировать формы сигналов АМ радиотелефонных сигналов, которые начали экспериментировать с в первые годы 20 века. Эта проблема была решена с помощью выпрямительной способности барреттера с горячей проволокой и электролитического детектора , разработанного Реджинальдом Фессенденом около 1902 года. Они были заменены накристалл детектор вокруг 1907, а затем вокруг 1912-1918 с помощью ламповых технологий , таких как Джон Амброз Флеминг «ы термоэлектронного диода и Ли Де Форест » ы Audion ( триод ) трубка.

Один из первых когереров, созданных Эдуардом Бранли. Построен его помощником.
«Шаровой» когерер, разработанный Бранли в 1899 году. Этот несовершенный тип контакта содержал серию слегка соприкасающихся металлических шариков, установленных между двумя электродами.
Треножный когерер, построенный Бранли в 1902 году, еще один несовершенный тип контакта. Хотя большинство когереров функционировали как «переключатели», которые включали постоянный ток от батареи в присутствии радиоволн, это может быть один из первых выпрямительных ( диодных ) детекторов, поскольку Бранли сообщил, что он может производить постоянный ток без батареи.
Еще один детектор штатива, созданный Бранли

См. Также [ править ]

  • Детектор (радио)
  • Сопротивление электрического контакта (ECR)
  • Хрустальное радио
  • Передатчик искрового разрядника
  • Радиоприемник
  • Антикварное радио
  • Камиль Папен Тиссо
  • Смачивающий ток
  • Напряжение смачивания

Дальнейшее чтение [ править ]

  • Филлипс, Вивиан Дж. (1980). Ранние детекторы радиоволн . Лондон: Inst. инженеров-электриков. ISBN 0906048249.. Исчерпывающее описание радиодетекторов вплоть до создания вакуумной лампы со многими необычными типами когереров.
  • Манжета, Томас Марк (1993). Когереры, обзор. Филадельфия, Пенсильвания, Университет Темпл, магистерская работа. Технический исторический отчет об открытии и развитии когереров и когероподобного поведения с 1800-х по 1993 год, включая исследования в 1950-х годах использования когереров в тогда еще новой области цифровых компьютеров. В этой диссертации исследуются сходства между когерерами и электролитическими радиочастотными детекторами, «диодами» MOM (металл-оксид-металл), используемыми в лазерном гетеродинировании, и STM (сканирующим туннельным микроскопом).

Ссылки [ править ]

  1. ^ LW Turner, Справочник инженера-электронщика, Butterworth-Heinemann - 2013, страницы 2-3, 2-4
  2. ^ Питер Самуэль Мунк аф Розеншольд, ассистент лектора по химии в Лундском университете, родился в Лунде в 1804 году и умер в 1860 году (Майкл Фарадей, Кристиан Фридирих Шенбейн, Письма Фарадея и Шенбайна 1836-1862: С примечаниями, комментариями и ссылками на современные письма, Williams & Norgate - 1899, стр. 54)
  3. ^ a b Эрик Фалькон и Бернард Кастен, Электропроводность в гранулированной среде и когерер Бранли: простой эксперимент, стр. 1
  4. ^ a b Т. К. Саркар, Роберт Майлу, Артур А. Олинер, М. Салазар-Пальма, Дипак Л. Сенгупта, История беспроводной связи, John Wiley & Sons - 2006, страницы 261-262
  5. ^ a b Сунгук Хонг, Беспроводная связь: от черного ящика Маркони до Audion, стр. 4
  6. ^ a b E C Green, Развитие когерера и некоторых теорий действия когерера, журнал Scientific American: Приложение, том 84 - 1917, стр. 268
  7. ^ Ли, Томас Х. (2004). Планарная микроволновая техника: Практическое руководство по теории, измерениям и схемам . Лондон: Издательство Кембриджского университета. п. 11. ISBN 0521835267.
  8. ^ Финдли, Дэвид А. (1 сентября 1957 г.). «Игрушки с радиоуправлением используют искровой разрядник» (PDF) . Электроника . Макгроу-Хилл. 30 (9): 190 . Проверено 11 ноября 2015 года .
  9. ^ Э. Фалькон, Б. Кастен и М. Крейссель: Нелинейная электропроводность в одномерной гранулированной среде, Лаборатория естественной физики Лиона UMR 5672-46 all'ee d'Italie, 69007 Lyon, Франция
  10. ^ Фалькона, Эрик; Бернар Кастен (апрель 2005 г.). «Электропроводность в гранулированной среде и когерер Бранли: простой эксперимент» (PDF) . Американский журнал физики . СОЕДИНЕННЫЕ ШТАТЫ АМЕРИКИ. 73 (4): 302–306. arXiv : cond-mat / 0407773 . Bibcode : 2005AmJPh..73..302F . DOI : 10.1119 / 1.1848114 . S2CID 19855739 . Проверено 14 ноября 2013 года .  
  11. ^ США 843550 , Фрэнк Уайатт Прентис, "Signaling System Electric", опубликованном 5 февраля 1907 
  12. ^ Статья Бозе Варуна Аггарвала
  13. ^ Bondyopadhyay (1988)
  14. ^ цитируется у Дугласа, Алан (апрель 1981 г.). «Кристаллический детектор» . IEEE Spectrum . Нью-Йорк: Inst. электротехника и радиоэлектроника: 64. DOI : 10,1109 / MSPEC.1981.6369482 . S2CID 44288637 . Проверено 14 марта 2010 . на сайте "Оставайтесь с нами"
  15. ^ Мавер, Уильям младший (август 1904). «Беспроводная телеграфия сегодня» . Американский ежемесячный обзор обзоров . Нью-Йорк: Обзор обзоров Co. 30 (2): 192 . Проверено 2 января 2016 года .
  16. Перейти ↑ Aitken, Hugh GJ (2014). Непрерывная волна: технология и американское радио, 1900-1932 гг . Princeton Univ. Нажмите. п. 190. ISBN 978-1400854608.

Внешние ссылки [ править ]

  • Резервное копирование веб-архива: « Когерер ». Мир беспроводной связи, Виртуальный радиомузей.
  • « Когерер / приемник ». Маркони Calling Company.
  • Слаби, Адольф, « Новая телеграфия , последние эксперименты в телеграфии с искрами ». Журнал "Век". Апрель 1898 г. Страницы 867-874.
  • Технологический институт Хиракава (Япония), « Когерер ».
  • « Патент Теслы в США: 613 809 ». ShareAPic.net.
  • Coherer: история и работа